数字化技术在起落架维修中的应用_顾兴龙.pdf

河南科技Henan Science and Technology电气与信息工程总798期第4期2023年2月收稿日期：2022-09-28基金项目：教育部产学合作协同育人项目“基于OBE理念的项目式教学法师资培训”（202002144016）；中国民用航空飞行学院大学生创新创业计划项目“数字双胞胎技术在起落架维修中的应用”（S202110624295）。作者简介：顾兴龙（1990），男，硕士，讲师，研究方向：航空机械。数字化技术在起落架维修中的应用顾兴龙陈昊航陈文涛毛嘉元甘辉勇（中国民用航空飞行学院，四川德阳618307）摘要：【目的】本研究通过对起落架的拆装维护过程进行虚拟仿真，为参加培训的机务维修人员提供直观的参考。【方法】通过在UG NX软件中建立某型飞机起落架的模型，并根据飞机维修手册中的起落架拆解步骤在Inte3D中建立起落架虚拟拆解、装配数字化工艺仿真。【结果】仿真输出的BOM表格、装配动画仿真可作为起落架维修培训的参考资料。【结论】从而实现起落架拆装虚拟仿真过程可重复，不受培训环境限制，提高维修现场的直观性，缩短培训时间，节约培训成本，可为机务维修人员培训提供参考方法。关键词：起落架；机务维修；虚拟装配；工艺仿真中图分类号：V19文献标志码：A文章编号：1003-5168（2023）04-0005-05DOI：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.04.001Application of Digital Technology in Landing Gear MaintenanceGU XinglongCHEN HaohangCHEN WentaoMAO JiayuanGAN Huiyong(Civil Aviation Flight University of China,Deyang 618307,China)Abstract:Purposes In this study,the virtual simulation of the disassembly and maintenance process ofthe landing gear is carried out to provide an intuitive reference for the maintenance personnel participating in the training.Methods The landing gear model of a certain type of aircraft is established in UGNX software,and the virtual disassembly and assembly digital process simulation of landing gear is established in Inte3D according to the disassembly steps of landing gear in aircraft maintenance manual.Findings The simulation output BOM table and assembly animation simulation can be used as reference materials for landing gear maintenance training.Conclusions In this way,the virtual simulationprocess of landing gear disassembly and assembly can be repeated,not limited by the training environment,improve the intuition of the maintenance site,shorten the training time,save the training cost,andprovide a reference method for the training of maintenance personnel.Keywords:landing gear;aircraft maintenance;virtual assembly;process simulation0引言随着航空工业的快速发展，飞机的运营维护显得更为重要。如何高效经济地完成维修任务，是各大航空公司一直追求的目标。起落架作为飞机的重要部件，对其维护有着全面系统的要求，必须要按照维护手册对其进行严格地维护。由于前期的培训工作耗时长，导致机务人员的工作强度很大。数字孪生（digital twin，DT）是以数字化方式来创建物理实体的虚拟模型1，具有实时同步、忠实6第4期顾兴龙，等.数字化技术在起落架维修中的应用映射、高保真度等特性，能促进物理世界与信息世界的交互与融合，从而为物理实体增加或拓展新的能力2-4。本研究拟探究数字化技术在起落架维修中的应用。针对飞机起落架维修过程中受限于时间和人力、缺乏可持续性的问题，本研究利用UG NX软件对起落架进行建模，并在Inte3D软件中对起落架的虚拟装配工艺过程进行仿真。1数字化装配工艺体系笔者基于对数字孪生体系的认知，结合飞机的研制装配过程，对其在虚拟空间、物理空间及二者间的交互进行分析，建立面向飞机产品的多尺度仿真模型。针对物理空间的产品装配过程，要获得数字空间实时传递的装配工艺指令，如相关工艺准备数据的确认，要实时反馈实际装配过程中现场出现的问题。此时，信息交互接口提供了两个空间实时状态的反馈通道，并形成基于数字孪生的装配工艺应用体系架构。本研究主要运用生产数字孪生和性能数字孪生对飞机起落架的拆装维护过程进行路径规划，并通过仿真进行优化和分析，从而得到更好的维修方法。通过对起落架上的部件参数进行仿真，维修人员很容易发现在使用和维修过程中需要改进的地方。2飞机维修过程中的问题飞机机轮组件是飞机起飞和着陆的关键部件，其要承受着巨大的交变载荷和瞬时的刹车高温，且其所处的工作环境十分恶劣。作为飞机上的重要部件，机轮的维护与修理有着很高的要求。长期以来，传统的飞机维修培训是以书本或实物进行讲授、演练为主，训练内容和手段单一，训练效果不明显。在实践过程中，传统的维修培训存在极大的局限性，主要有以下三点。无重复性。培训环境受限，维修人员要在同一时间、同一地点接受同样的培训内容。学员在培训过程中受设备、工具、环境等因素的制约5。2.1机务维修人员的水平不高民航飞机是由成千上万个零件组成的高精密飞行器，维修飞机是要有非常高的维修技能。在现实中，民航飞机在机场停留的时间非常短，一般情况下没有充足的时间对其进行整体排查6。此时就体现出高水平维修人员的重要性，如果维修人员的维修水平不高，就只能通过常规手段对民航飞机出现的故障进行判断，很难做到精准定位，导致一些微小的损伤被忽略。这种故障检测方式无法快速、全面地找出民航飞机存在的安全隐患，从而导致故障发生的风险增加7。2.2维修培训时间紧张取得147执照资质后，才能参与民航飞机的维护工作。学员除了要接受系统的理论课外，还要完成较长时间的技能实操。对要等待培训的大量学员来说，无疑会增加其学习成本。某些项目因学习安排错开较久而导致学员将其遗忘。针对现有实训平台中存在的弊端，在实训教学过程中引入数字孪生技术，通过数字孪生技术对现实世界中遇到的情景进行模拟仿真，在很大程度上能解决各种问题8。3起落架装配工艺过程仿真机轮是飞机着陆系统中的重要组成部分，承受着上百吨的起飞高速滑跑和降落时的冲击载荷。机轮组件与飞机的刹车装置是直接接触工作的，其工作环境很差。因此，从飞机上拆下后，发现机轮组件很脏，积碳、液压油、滑油附着在上面。对新员工来说，维修难度往往较大。对维修厂的师傅来说，每天要面对的机轮种类不同，采用的维修方案也不同。可通过将不同的维修方案预先做好虚拟仿真，在进行维修前，维修师傅可指导学员进行学习，从而提高工作效率。3.1起落架模型根据某型飞机起落架的模型和结构参数，在UG NX软件中进行零部件的创建及组装，装配模型如图1所示。3.2起落架拆解步骤飞机维修应严格按照手册中的要求，操作专业设备进行检查。某型号起落架维修手册中的拆解步骤如图2所示。3.3创建虚拟装配先将起落架装配模型导入到Inte3D软件中，将模型统一转化为轻量化的.ivp格式，装配结构如图3所示。在图3所示的“装配结构”树中，能看到完整的起落架所有零件的装配关系。对由几个小零件组成的部分，可通过“分解零部件”将其分解成最基本的组成部分。根据图2所示的起落架拆装步骤，将起落架分解为轮轴螺帽、轮毂、轮子、轮轴、轮轴螺帽、减震支柱等装配结构。第4期7在“装配过程”中新建步骤1，并将其命名为“机轮装配过程”。在装配过程中，将要拆装的部分添加到步骤。对步骤1中的各部分零件进行调整光源和上色，使各部分零件的对比增强，便于观察装配过程。根据工卡步骤，按照顺序对部件进行拆解，如图4所示。通过“装配过程”菜单来创建路径规划，再用平移、旋转等指令对部件的运动进行约束。顾兴龙，等.数字化技术在起落架维修中的应用图1某型起落架装配模型图2起落架拆解步骤图3装配结构装配结构装配过程轮轴螺帽M5（NAUO2）减震支柱（NAUO9）轮子（NAUO17）Assem1.CATProductNX切换窗口窗口文件(F)主页建模装配曲线分析视图渲染工具应用模块可视报告查找命令SIEMENSNX-机电概念设计需求 功能 逻辑 相关对象系统工程机械概念仿真机械草图拉伸合并长方体播放 停止捕捉布置图刚体颜色 刚体 碰撞体 铰链副角度弹簧副线性弹簧副角度限制副碰撞传感器 位置控制 符号表电气仿真序列 电子凸轮 运行时NC 符号表自动化添加 导出至ECAD 导出载荷曲线 导出凸轮曲线设计协同XZYXCZCYC欢迎页面Assem1_catproduct.prt菜单(M)无选择过滤器整个装配机电导航器类型名称基本机电对象运动副和约束材料耦合副传感器和执行器运动时行为信号信号连接详细信息相关性B.Removal of nose wheel（Figure 201）NOTE：Wheel removal should be done with the aircraft on jacks.If jacks cannot be used，proceedams follows.1）Apply the parking brake and block the main landing gear wheels.2）Remove wheel fairing and L.H.fairing support or wheel cap.3）Select a 3.15 in 3.15 in 31.5 in（80 mm 80 mm 800 mm）wooden shim.4）Raise the aircraft nose by pushing the aircraft tail down.5）Position the shim under the front jacking point located on firewall at 5.709（145 mm）from the aircraftcenterline.WARNING：THE TIRE MUST BE DEFLATED BEFORE REMOVAl.6）Deflate the tire.7）Straighten lockwasher（3）and unscrew nut（4）.8）Remove the wheel.Retain thrust washers（2）.NOTE：Disassembly/Assembly-refer to Paragraphs D.and E.（If necessary）.Check the tires-refer to 12-14-01.C.Installation of